Що потрібно знати про магніти, перш ніж розуміти магнітну левітацію
Вас турбує час на далекі поїздки? Хоча ми можемо дістатися до вашого пункту призначення, скориставшись метро, проїхавши автомобілем і полетівши, все одно здається, що це займає багато часу. Однак є технологія, яка може зробити якісний стрибок у нашому часі в дорозі, і це магнітна левітація. Можливо, вам здається, що магнітна левітація існує лише у фільмах чи теледрамах. Але в липні 2023 року! Сукбе Лі (이석배), Джі-Хун Кім (김지훈) та інші з Корейського інституту науки і технологій спочатку сформували команду для вивчення матеріалу. Чистий свинцевий апатит є ізолятором, але, за даними Сукбе Лі та інших, легований міддю свинцевий апатит, який утворює LK-99, є надпровідником або металом при більш високих температурах. Хоча не існує підтвердженого надпровідного матеріалу при кімнатній температурі при нормальному тиску, це також дає нам надію! Давайте подивимося, як цей чарівний LK-99 покаже себе на магніті!
Я думаю, ви також бачили, що коли магніт наближається до матеріалу знизу, матеріал встає вгору через відштовхування. Після зміни магнітних полюсів матеріал все одно встає на ноги за рахунок відштовхування при наближенні до матеріалу.
Ця «маленька чорна точка» продовжує падати або вставати, коли магніт NdFeB наближається і віддаляється. Ефективними є як полюс S, так і полюс N, тобто відштовхування не має нічого спільного з магнітним полюсом, проявляючи антимагнетизм.
Не будемо говорити про те, чи дійсно ЛК-99 є надпровідним. Постійний магніт NdFeB може змусити його левітувати.
Говорячи про постійні магніти NdFeB, ми повинні поговорити про Tesla Model S.
Ілон Маск настільки сміливий, що коли Tesla провела презентацію свого першого седана Model S, вони навіть не зібрали його. В основу шасі лягла модель Mercedes-Benz CLS, а алюмінієві панелі кузова і кришка двигуна були приклеєні до сталевої рами за допомогою неодимових залізо-борних магнітів.
Коли Tesla випустила свої перші дві повнорозмірні моделі автомобілів, вони використовували асинхронні двигуни для живлення транспортних засобів. Ці двигуни були засновані на оригінальній конструкції двигуна Ніколи Тесли, яка була блискучою конструкцією, що передувала винаходу рідкоземельних магнітів майже на 100 років.
Асинхронні двигуни генерують власний магнетизм і приводять в рух ротор за допомогою електрики, і вони працюють без будь-якого типу постійних магнітів.
Конструкція асинхронного двигуна хороша, але Tesla перейшла на двигуни з постійними магнітами для Model 3 у 2017 році з поважної причини: Model 3 є меншим автомобілем, і йому потрібен менший двигун, але він все ще має велику потужність.
Отже, починаючи з Model 3, Tesla використовувала неодимово-залізо-борні двигуни, оскільки вони більш компактні, легші та можуть генерувати більше сили.
Використання магнітів в автомобілях: таких як кондиціонери, гальмівні системи, приводні двигуни, масляні насоси і т.д.
Насправді, крім використання в автомобілях, магніти також широко використовуються в колонках мобільних телефонів, навушниках, вібромоторах, електромагнітах, фенах, вентиляторах, холодильниках, пральних машинах тощо.
(Частка використання магніту)
Отже, крім постійних магнітів, таких як NdFeB, які є інші три основні типи магнітів? Як відбувається процес виробництва?
Давайте розглянемо докладніше!
Для початку розберемося в максимальному добутку магнітної енергії магнітів
В даний час існує три види магнітів: permanent magnets, temporary magnets, and electromagnets.
Постійні магніти створюють магнітне поле, яке зберігається навіть у присутності протилежного магнітного поля. Електродвигуни, в яких використовуються постійні магніти, більш ефективні, ніж ті, в яких їх немає. В даний час всі відомі сильні магніти містять рідкоземельні елементи, які є ключовими компонентами для електромобілів і вітрогенераторів. Такі елементи, як неодим і торій, стали ключовими матеріалами через зростаючий попит і обмежену пропозицію.
Постійні магніти унікальні тим, що одного разу вироблені вони забезпечують магнітний потік безenergy input, що призводить до нульових експлуатаційних витрат. На відміну від них, електромагнітні магніти потребують безперервного струму для створення магнітного поля.
Важливою властивістю постійних магнітів є те, що вони зберігають своє магнітне поле навіть у присутності протилежного зовнішнього магнітного поля. Однак, якщо сила протилежного магнітного поля досить висока, внутрішні магнітні ядра постійного магніту вирівняються з протилежним магнітним полем, що призведе до розмагнічування.
Постійні магніти по суті діють як пристрої накопичення енергії. Енергія впорскується під час початкового процесу намагніченості, і при правильному виготовленні та поводженні з нею вона залишиться в магніті на невизначений термін. На відміну від акумулятора, енергія в магніті ніколи не закінчується і залишається доступною для використання. Це пов'язано з тим, що магніти не мають чистого впливу на навколишнє середовище. Замість цього вони використовують свою енергію для притягання або відштовхування інших магнітних об'єктів, допомагаючи в перетворенні між електричною та механічною енергією.
Енергія магнітного поля пропорційна добутку В і Н. Коли добуток BH максимізується (позначається як (BH)max), мінімальний об'єм магніту необхідний для створення заданого магнітного поля в заданому проміжку. Чим вище (BH) max, тим менший об'єм магніту потрібно для створення заданої щільності потоку. (BH)max можна розглядати як статичну магнітну енергію на одиницю об'єму матеріалу магніту. БГ вимірюється вMega-Gauss Oersteds (MGOe) or kJ/mXNUMX.
У промисловості постійних магнітів продукт максимальної магнітної енергії представляє щільність магнітної енергії постійного магніту і є найбільш часто використовуваним параметром для характеристики роботи постійних магнітів.
Класифікація постійних магнітів
Постійні магніти можна розділити на чотири типи:neodymium iron boron (NdFeB),samarium cobalt (SmCo), aluminum nickel cobalt (AlNiCo)іceramic or ferrite magnets.
Почнемо з найбільш економічно вигідних магнітів:Neodymium Iron Boron Magnets
Неодові магніти (NdFeB) є одним з найбільш широко використовуваних матеріалів для постійних магнітів у комерційному застосуванні, відомих своїмиhigh magnetic energy productіmagnetic strength.
Неодові магніти - цеstrongestі більшістьcontroversialМагніти. Вони належать до категорії рідкоземельних магнітів, оскільки складаються з елементів неодиму, заліза та бору.
Через вміст заліза неодимові залізоборні магніти легко окислюються і мають погану корозійну стійкість, і часто вимагають таких покриттів, як нікелювання, епоксидне покриття або цинкове покриття.
Однак вони є продуктами з високою щільністю енергії (до55 MGOe) з високою міцністю, а їх використання дозволяє використовувати жорсткі диски меншого розміру, двигуни та аудіообладнання.
Діапазон робочих температур неодимових магнітів становить80°C to 200°C. Однак високоякісні неодимові матеріали, які можуть працювати вище120°Cможе стати досить дорогим.
З огляду на економічну ефективність, неодимові магніти, безумовно, є першим вибором.
Можливо, ви думаєте, що робоча температура мого магніту перевищить 200°C, так чи не можна використовувати магніт в цьому середовищі? Цю проблему можуть вирішити санітарні кобальтові магніти.
Сальмій кобальт (SmCo) is a premium permanent magnet material primarily made from cobalt and samarium, making it the most costly magnetic material to produce. Its high cost is mainly due to the significant cobalt content and the brittleness of the samarium alloy.
Ці постійні магніти мають високу корозійну стійкість і можуть витримувати температуру до350°C, а іноді навіть до500 degrees. Така температурна стійкість дає їм явну перевагу перед іншими типами постійних магнітів, які менш стійкі до нагрівання. Так само, як і неодимові магніти, самарій-кобальтові магніти також потребують покриттів для запобігання корозії.
Однак мінусом цієї різновиди магніту є її низька механічна міцність. Кобальтові магніти солоності можуть легко стати крихкими і на них з'являться тріщини. Тим не менш, у випадках, коли необхідні високі температури та стійкість до корозії, самарій-кобальтові магніти можуть бути найбільш підходящим варіантом.
Неодимові магніти чудово працюють при низьких температурах, тоді як магніти з самонію кобальту найкраще працюють приhigher temperatures. Неодимові магніти відомі як найпотужніші постійні магніти при кімнатній температурі та приблизно до 180 градусів за Цельсієм на основі реманентної намагніченості (Br). Однак їх міцність значно знижується при підвищенні температури. Коли температура наближається до 180 градусів за Цельсієм, магніти Sammonium Cobalt починають зростатиsurpassНеодимові магніти у виконанні.
Кобальт амонію займає одне з перших місць second strongest magnetic material and boasts exceptional resistance to demagnetization. Він зазвичай використовується в аерокосмічній промисловості та інших секторах, віддаючи перевагу продуктивності, а не витратам.
Самарій-кобальтові магніти, розроблені в 1970-х роках, демонструють більш високу магнітну міцність в порівнянні з керамічними і алюмінієво-нікель-кобальтовими магнітами, хоча і не дотягують до магнетизму, який пропонують неодимові магніти. Ці магніти в основному поділяються на дві групи залежно від рівня їх енергії. Перша група, відома якSm1Co5 (1-5), може похвалитися асортиментом енергетичної продукції, що охоплює від15 to 22 MGOe. З іншого боку, друга група, Sm2Co17 (2-17), охоплює енергетичний діапазон22-32 MGOe.
Як самарій, кобальт, так і неодимові магніти виготовляються з порошкоподібних металів. Вони стискаються під впливом потужного магнітного поля перед тим, як пройти процес спікання.
Неодимові магніти дуже чутливі до факторів навколишнього середовища, тоді як рідкоземельні магніти з самарію кобальту демонструють чудову корозійну стійкість. Рідкоземельні магніти самарій-кобальту можуть витримувати високі температури без втрати свого магнетизму, тоді як неодимові магніти слід використовувати обережно вище кімнатної температури. Неодимові магніти більш довговічні в порівнянні з самарієвими кобальтовими магнітами і можуть бути легко оброблені та включені в магнітні збірки. Обидва матеріали вимагають використання алмазних інструментів, електроерозійного верстата або шліфування в процесі обробки.
Далі давайте дізнаємося про магніти Alnico
Алюмінієво-нікель-кобальтові магніти (AlNiCo) are conventional permanent magnet materials consisting mainly of алюміній, нікель і кобальт.They stand as one of the earliest contemporary commercial permanent magnets, innovated by Т. Місімаin Japan during the early 20th century.
Незважаючи на їх помітну змінність, їх відносно скромна в'язкість призводить до зниженого продукту магнітної енергії (BH) max у порівнянні з іншими типами магнітів. Литий AlNiCo має здатність формуватися в складні форми, тоді як спечений AlNiCo демонструє дещо менші магнітні властивості, але чудові механічні властивості завдяки своїй дрібнозернистій структурі, що призводить до рівномірного розподілу потоку та підвищеної механічної міцності.
Спікання AlNiCo включає в себе індукційне плавлення, подрібнення на дрібні частинки, пресування, спікання, тестування, покриття та намагнічування. Різні методи виробництва впливають на властивості магніту: спікання покращує механічні властивості, а лиття підвищує щільність енергії.
Спечені магніти AlNiCo бувають різних класів від1.5 to 5.25 MGOe, в той час як литі магніти варіюються від5.0 to 9.0 MGOe. Анізотропні магніти AlNiCo пропонують індивідуальні варіанти напрямку намагнічування, що забезпечує цінну універсальність.
Алюмінієво-нікель-кобальтові сплави демонструють високі максимальні робочі температури та виняткову корозійну стійкість. Деякі марки алюмінію, нікелю, кобальту можуть функціонувати при температурах, що перевищують500°C. Ці магніти широко використовуються в мікрофонах, динаміках, звукознімачах для електрогітар, двигунах, трубках біжучих хвиль, датчиках Холла та різних інших додатках.
Нарешті, давайте розберемося з магнітом з найбільшою ціновою перевагою, яким є феритовий магніт!
Феритові магніти, also known asкерамічні магніти, are composed of sintered iron oxide along with materials like barium carbonate or strontium carbonate. These magnets are recognized for their економічна цінова політика, ефективна корозійна стійкість, а також здатність зберігати стійкість при високих температурах до250°C.
У той час як їх магнітні характеристики єnot as strong as those of NdFeB magnets, економічна ефективність феритових магнітів робить їх добре придатними дляlarge-scaleВиробництва. Ця економічна перевага пов'язана з використанням недорогих, легкодоступних матеріалів, які не мають стратегічного характеру.
Керамічні магніти можуть бути ізотропними, що демонструють однорідні магнітні властивості у всіх напрямках, або анізотропними, що відображають намагніченість відповідно до напрямку напружень. Найпотужніші керамічні магніти можуть досягати магнітної енергії в 3.8 MGOe, що робить їх найслабшим типом постійних магнітів. Незважаючи на свої скромні магнітні властивості, вони забезпечують чудову стійкість до розмагнічування порівняно з іншими типами магнітів.
Керамічні магніти демонструютьlow magnetic energy продукту і володітиexcellent corrosion resistance,Зазвичай використовується разом із компонентами з низьковуглецевої сталі та підходить для використання в умовах помірної температури.
Процес виготовлення керамічних магнітів включає пресування та спікання, при цьому рекомендується використовувати алмазні шліфувальні круги через їх крихкість.
Загалом, керамічні магніти пропонують баланс між магнітною міцністю та економічною ефективністю, а їхня крихкість компенсується чудовою стійкістю до корозії. Вони довговічні, стійкі до розмагнічування та економічно вигідний варіант для різних застосувань, таких як іграшки, рукоділля та двигуни.
Рідкоземельні магніти значно покращують показники ваги або розміру, тоді як ферити є кращими для застосувань, які не вимагають високої щільності енергії, таких як електричні склопідйомники, сидіння, перемикачі, вентилятори, повітродувки в приладах, деякі електроінструменти та аудіообладнання.
